SYNTHESE DES TRAVAUX ANTERIEURS DANS LE DOMAINE DE LA MODELISATION DES PROCEDES DE RECUPERATION ASSISTEE PAR BALAYAGE A LA VAPEUR. SIMULATION D'UNE DES EXPERIENCES DE WILLMAN AVEC LE MODELE TWIST PERMETTANT DE DETERMINER LES CARACTERISTIQUES PARTICULIERES NECESSAIRES A UN MODELE NUMERIQUE DE LABORATOIRE. DESCRIPTION ET SCHEMATISATION DES PHENOMENES HYDRODYNAMIQUES, THERMIQUES ET THERMODYNAMIQUES A INCLURE DANS LE MODELE. RESOLUTION PAR UNE METHODE AUX DIFFERENCES FINIES. LE PROGRAMME ECRIT EN FORTRAN EST TESTE ET VALIDE EN SIMULANT DES EXPERIENCES DECRITES DANS LA LITTERATURE. CES SIMULATIONS MONTRENT LES PHENOMENES PROPRES AUX CHANGEMENTS DE PHASE, PERMETTENT D'ETUDIER LES SENSIBILITES AUX DIVERS PARAMETRES PHYSIQUES ET MONTRE LES LIMITATIONS DE LA DESCRIPTION

Dans cette thèse, on présente une étude des transferts couplés de masse et de chaleur dans le sol en dimension deux d'espace. Le modèle qui gouverne ces transferts est constitué par un système de deux équations à deux inconnues, H la pression de l'eau liquide et T la température du milieu poreux. La première équation de ce système est elliptique-parabolique et la seconde est parabolique de type convection-diffusion. On présente un résultat d'existence de solution du système avant de passer à l'étude numérique. Dans la partie numérique, on présente deux algorithmes pour la résolution de l'équation pour le transfert de masse et on procède à une comparaison entre ces algorithmes à travers différents cas tests. On s'intéresse dans la dernière partie à la résolution numérique du système des deux équations couplées de transferts de masse et de chaleur. On présente deux algorithmes; l'un utilise une méthode des éléments finis standard déduit de l'algorithme de l'équation de masse, en rajoutant un couplage entre les deux équations pour la pression et pour la température, tandis que l'autre utilise la méthode des éléments finis mixtes pour le calcul du flux de l'eau qui apparaît comme le coefficient essentiel dans le terme de convection de l'équation pour la température, et la méthode des caractéristiques modifiées pour le calcul de la température. Dans le cas où d'une part la perméabilité présente des variations brutales et d'autre part le terme de convection domine sur le terme de diffusion dans l'équation pour la température, cette dernière méthode est particulièrement bien adaptée à notre problème.

L'objectif de ce travail est de développer un modèle et des techniques d'approximation numérique pour le transfert de masse et de chaleur dans un milieu poreux réactif en évolution structurale. Le modèle obtenu par un changement d'échelle utilisant une technique d'homogénéisation d'une équation cinétique couplée à une équation de conduction thermique. Il permet de prendre en compte une large gamme de régimes pour le gaz allant d'un écoulement continu à un écoulement rarefié. L'approche est validée par de nombreuses comparaisons numériques, en particulier vis-à-vis de données expérimentales et met en évidence la caractère tensoriel des différents phénomènes de transport et leur évolution suivant le régime de l'écoulement. L'application de ces modèles en particulier à l'étude de protections thermiques est présentée.

ON ETUDIE PAR SIMULATIONS NUMERIQUES LES TRANSFERTS DE MASSE, DE QUANTITE DE MOUVEMENT ET DE CHALEUR SE PRODUISANT AU SEIN DE LA PROTECTION THERMIQUE EXTERNE DE CERTAINS ENGINS SPATIAUX AU COURS DE LEURS PASSAGES DANS L'ATMOSPHERE TERRESTRE (PHASES DE LANCEMENT ET DE RENTREE). LA PROTECTION THERMIQUE CONSIDEREE (PREVUE INITIALEMENT POUR LE PROJET DE LA NAVETTE EUROPEENNE HERMES) EST CONSTITUEE D'UN ASSEMBLAGE DE TUILES MINCES ET D'ISOLANTS POREUX. CES DERNIERS SONT LE SIEGE D'ECOULEMENTS INSTATIONNAIRES A MASSE VOLUMIQUE VARIABLE LIES A LA DEPRESSURISATION PROGRESSIVE DE L'ESPACE DES PORES EN PHASE DE LANCEMENT ET A SA REPRESSURISATION PROGRESSIVE EN PHASE DE RENTREE. ILS SONT EGALEMENT LE SIEGE DE TRANSFERTS THERMIQUES LIES A L'ELEVATION DE LA TEMPERATURE EXTERNE PAR ECHAUFFEMENT CINETIQUE. L'ETUDE SE COMPOSE DE DEUX PARTIES. LA PREMIERE PARTIE CONCERNE LA MODELISATION A L'ECHELLE MACROSCOPIQUE DES ECOULEMENTS ET DES TRANSFERTS DE CHALEUR AU SEIN D'UN ELEMENT REPRESENTATIF DE LA PROTECTION THERMIQUE. LE MODELE QUE NOUS AVONS DONC DEVELOPPE DANS CETTE PARTIE APPLIQUEE EST BASE SUR LA LOI DE DARCY. CE MODELE NOUS A PERMIS D'ETUDIER LE BIEN-FONDE DU CONCEPT DE PROTECTION THERMIQUE CONSIDERE EN TERMES DE RETARDS A LA DEPRESSURISATION AVEC OU SANS PRESENCE D'EAU CONDENSEE AU SEIN DU VOLUME SOUS TUILE. IL NOUS A PERMIS EGALEMENT DE QUANTIFIER LE ROLE DES DIFFERENTS MODES DE TRANSFERTS DE CHALEUR ET DE PRECISER, EN OUTRE, LE ROLE IMPORTANT DES EFFETS SPECIFIQUES ASSOCIES AUX BASSES PRESSIONS. LA SECONDE PARTIE, QUANT A ELLE, EST A CARACTERE PLUS FONDAMENTAL. ELLE A POUR OBJECTIF DE PRECISER LES CONDITIONS DE VALIDITE DU MODELE DEVELOPPE POUR LA PARTIE APPLIQUEE. POUR CELA, NOUS AVONS REALISE DES SIMULATIONS NUMERIQUES DES ECOULEMENTS A L'ECHELLE DES PORES POUR DES MILIEUX POREUX MODELES. LES GRANDEURS MACROSCOPIQUES ONT ETE OBTENUES PAR MOYENNE SPATIALE. ELLES ONT ETE COMPAREES AUX GRANDEURS CALCULEES DIRECTEMENT A L'ECHELLE MACROSCOPIQUE A L'AIDE DU MODELE MACROSCOPIQUE DE LA PARTIE APPLIQUEE. NOUS AVONS AINSI PU MONTRER QUE LE MODELE BASE SUR LA LOI DE DARCY, N'EST RIGOUREUSEMENT VALABLE, EN REGIME TRANSITOIRE, QU'A LA CONDITION QUE LE TEMPS CARACTERISTIQUE DE LA RELAXATION VISQUEUSE LOCALE SOIT PETIT DEVANT CELUI DE L'EVOLUTION DES SOLLICITATIONS EXTERNES CREANT L'ECOULEMENT

L'évaporation d'une solution solvant/soluté est un processus transitoire qui prend fin lorsque le solvant a totalement disparu. Le refroidissement créé par le changement de phase provoque des gradients à la fois thermiques et de concentration en solvant. Ces homogénéités diffusent ensuite dans l'épaisseur de la solution et sont susceptibles d'engendrer un écoulement fluide. L'origine de cette convection peut être liée à des variations de tension de surface ou de densité. Des travaux expérimentaux ont montré que l'épaisseur des dépôts issus de séchages de solutions solvant/soluté semblait pouvoir être corrélée avec les cellules de convection de la zone fluide. Une compréhension approfondie des phénomènes à l'origine de la convection devrait donc participer à un meilleur contrôle de la qualité des dépôts.Sur la base de travaux numériques et expérimentaux publiés, nous avons étudié l'apparition de la convection pour trois types de modèles représentant le processus d'évaporation d'une solution de Polyisobutylène-Toluène : un modèle purement thermique qui s'applique pour les temps courts, un modèle solutal qui est valable sur les temps longs et enfin un modèle couplé thermique/solutal qui représente les transferts sur l'ensemble de la gamme des temps étudiés. Le caractère transitoire de l'évaporation induit une difficulté pour caractériser la naissance de la convection à partir d'un régime de conduction. En effet, cette convection apparaît à partir d'un germe qui est une petite perturbation de la solution diffusive. Si l'amplitude de cette perturbation est trop faible, son amplification à des intensités suffisantes ne pourra pas avoir lieu avant la fin du régime transitoire et l'écoulement ne deviendra donc jamais convectif. Le rôle de la perturbation est donc primordial. Dans des travaux numériques antérieurs, cette perturbation a été imposée à l'état initial, généralement avec une distribution aléatoire du champ thermique ou de vitesse. Lors de cette thèse, nous avons opté pour un modèle plus physique, basé sur l'introduction d'un transfert thermique sur les parois latérales qui joue le rôle de perturbateur de l'écoulement diffusif transitoire.Dans cette thèse, nous avons établi par voie numérique les seuils de transition entre une solution diffusive et un écoulement convectif pour les modèles thermique, solutal et couplé, dans le cas d'une approximation bidimensionnelle du film liquide et des simulations pleinement tridimensionnelles. Des diagrammes spatio-temporels et l'étude des cellules à la surface libre par des reconstructions de Voronoï nous ont permis de mieux comprendre la naissance et la propagation des instabilités dans la solution fluide.

LES MILIEUX POREUX SONT LE SIEGE DE TRANSFERTS MULTIPLES QUI PEUVENT ETRE THERMIQUES, HYDRIQUES OU SOLUTAUX. CES PHENOMENES SONT IMPORTANTS DANS L'ETUDE DE LA SURETE DES CENTRES DE STOCKAGES DE DECHETS RADIOACTIFS, AFIN DE PREDIRE L'EVENTUEL RELACHEMENT DES RADIONUCLEIDES HORS DES COLIS. DEVANT DE TELS ENJEUX, IL EST ESSENTIEL DE S'INTERESSER AUX PHENOMENES COUPLES HABITUELLEMENT NEGLIGES PAR RAPPORT AUX EFFETS DIRECTS TELS QUE LA LOI DE FOURIER, LA LOI DE DARCY OU LA LOI DE FICK. LA PREMIERE PARTIE DE CE TRAVAIL CONSISTE A ETABLIR UN MODELE MATHEMATIQUE RIGOUREUX, A PARTIR DE LA THERMODYNAMIQUE DES PROCESSUS IRREVERSIBLES, DES TRANSFERTS SE PRODUISANT DANS UN MILIEU POREUX NON SATURE SUPPOSE INDEFORMABLE. A PARTIR DU SYSTEME DE QUATRE EQUATIONS COUPLEES AUX DERIVEES PARTIELLES OBTENU, UNE MODELISATION NUMERIQUE A ETE REALISEE ET IMPLANTEE DANS LE CODE CALCUL CESAR-LCPC DEVELOPPE AU LABORATOIRE CENTRAL DES PONTS ET CHAUSSEES. L'ACCENT A ETE PORTE SUR L'EQUATION DE TRANSFERT DU SOLUTE SOUS L'INFLUENCE DE LA DIFFUSION MOLECULAIRE, DE LA DISPERSION MECANIQUE ET DE L'EFFET SORET. EQUIVALENT A LA THERMODIFFUSION POUR LES GAZ, L'EFFET SORET TRADUIT L'INFLUENCE DU GRADIENT DE TEMPERATURE SUR LE TRANSPORT DES SOLUTES.

EMPLOI DU MODELE DE PHILIP ET DE VRIES. DESCRIPTION DES PHENOMENES PHYSIQUES. SIMULATION NUMERIQUE DE LA THERMOMIGRATION BIDIMENSIONNEL DANS UNE CAVITE RECTANGULAIRE FERMEE. LE MILIEU POREUX UTILISE EST DU SABLE QUARTSIQUE DONT LES CARACTERISTIQUES SONT DETERMINEES EXPERIMENTALEMENT. SIMULATION NUMERIQUE DU TRANSFERT SIMULTANE DE CHALEUR ET DE MASSE DANS UN ESPACE POREUX ANNULAIRE. ETUDE DES EFFETS DU TRANSFERT BIDIMENSIONNEL PENDANT UNE INFILTRATION PONCTUELLE OU SUR LE FOND D'UNE RAIE RECTANGULAIRE. ETUDE DES THEMES CONVECTIFS SUR LE TRANSFERT DE CHALEUR